DE20321177U1 - Metallisch beschichtete Graphitscheibe bzw. Graphitblock - Google Patents
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Abstract
Metallisch
beschichtete Graphitscheibe bzw. beschichteter Graphitblock, insbesondere
für eine Kohlebürste elektrischer
Maschinen, deren metallische Schicht im wesentlichen aus Kupfer
und/oder Zinn besteht, gekennzeichnet durch eine durch Vakuum-Plasmaspritzen aufgebrachte
Schicht.
Description
- Die Erfindung betrifft eine metallisch beschichtete Graphitscheibe bzw. einen solchen Graphitblock, insbesondere für eine Kohlebürste elektrischer Maschinen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Es besteht häufig der Wunsch, Graphitscheiben bzw. Graphitblöcke gut elektrisch leitend bzw. wärmeleitend mit einem metallischen Grundkörper zu verbinden. Solche Verbindungen oder Befestigungen werden nach dem Stand der Technik in der Regel durch Löten hergestellt. Um eine Verankerung des Lots im Graphitmaterial zu erreichen, muss jedoch die Graphitoberfläche aufwendig vorbehandelt werden.
- Zur Verbesserung dieser Technik ist es bereits bekannt, die Graphitscheibe oder den Graphitblock mit einer metallischen Schicht auszustatten, die einfach und zuverlässig mit dem metallischen Grundkörper verlötet werden kann.
- Zu diesem Zweck ist es bekannt, einen sogenannten grünen Pressling aus einem hochgraphithaltigen Werkstoff, der ein aushärtbares Duroplast oder ein Thermoplast als Binder enthält, mit einer hochmetallhaltigen Schicht zu verpressen (
DE 198 56 503 C1 ). In der Regel wird der grüne Pressling, der mit seiner hochmetallhaltigen Schicht auf dem metallischen Grundkörper aufgebracht ist, mit diesem zusammen gesintert. Dadurch härtet der Kunststoffan teil des Duroplasts in dem Formkörper aus bzw. verklebt das Thermoplast, womit ein fester mechanisch widerstandsfähiger Formkörper mit dem metallischen Grundkörper ohne herkömmliches Löten, infolge einer Fusion, fest verbunden ist. - Zur Fertigungsvereinfachung ist eine Variante des voranstehenden Verfahrens besonders günstig, bei der der Formkörper ohne metallische Körper an/in der Schicht aus hochmetallhaltigem Werkstoff geformt und gesintert ist. Nach diesem Verfahren kann ein Thermoplast als Bindemittel in dem hochgraphithaltigen Werkstoff bei dem Sintern verkleben bzw. ein Duroplast in dem hochgraphithaltigen Werkstoff aushärten, womit ein mechanisch widerstandsfähiger formstabiler grüner Pressling ohne metallischen Grundkörper gebildet wird. – Der hochmetallhaltige Werkstoff enthält dabei im wesentlichen Kupfer und/oder Zink, wobei reine Metalle, aber auch Anlegierungen dieser Metalle eingesetzt werden können. Ausser Zink können Zusätze von Antimon, Silber und Wismut vorteilhaft sein.
- Wenngleich nach diesem Verfahren gute Ergebnisse erzielbar sind, ist der erforderliche Aufwand auf Dauer erheblich, um zu vermeiden, dass sich erhebliche Metallanteile bzw. Metallpartikelmengen bei dem Aufbringen der Schicht aus hochmetallhaltigem Werkstoff auf die Schicht aus Graphitpartikeln mit dieser vermengen, was die Eigenschaften des gesinterten Presslings negativ beeinflussen kann.
- Weiterhin ist es bekannt, eine Graphitscheibe oder einen Graphitblock mit einem galvanischen Überzug aus Kupfer oder Zinn zu versehen, um diesen lötfähig zu gestalten. Hierbei muss jedoch das Risiko ausgeschlossen werden, dass die hochmetallische Schicht nicht fest auf dem Graphit haftet, weshalb das Galvanisierverfahren verhältnismäßig aufwendig ist. Hinzu kommen erforderliche Maßnahmen, um das Verfahren umweltfreundlich zu gestalten, was insbe sondere beinhalten kann, dass in die Umgebung zu entlassende Bäder zuvor zu neutralisieren sind.
- Bekannt ist auch ein Verbinden von Graphitplatten untereinander oder mit metallischen Untergründen, wobei die Metallschicht u.a. mittels Spritzen aufgebracht werden kann (
EP 0 1 15 577 A1 ). - Zum Stand der Technik gehört weiterhin ein Verfahren zum Beschichten von Kohlenstoffsubstraten, bei dem Metalle und Legierungen mittels Plasmaspritzen aufgetragen werden (
EP 0 850 899 B1 ). Als Vorbehandlung wird die Substratoberfläche mechanisch, chemisch oder mittels Laser strukturiert. - Zum Stand der Technik gehört auch ein Kohlekörper mit einer gespritzten Metallschicht (
DE 692 16 185 T2 ). Mittels atmosphärischem Plasmaspritzen werden nach einer Vorbehandlung durch Strahlen mit Al2O3 Metalle aufgetragen. Insbesondere bei Kohlebürsten elektrischer Maschinen besteht jedoch der Wunsch, deren Graphitteil mit einer besonders dichten und damit festen, gut elektrisch leitenden bzw. wärmeleitenden metallischen Schicht zu versehen, um es mit dem metallischen Grundkörper zu verbinden. - Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum metallischen Beschichten von Graphitscheiben oder -blöcken zu schaffen, welches bei Vermeidung der Nachteile bekannter Verfahren eine gute Materialtrennung der Graphitscheibe bzw. des Graphitblocks und der hochmetallischen Schicht – mit Ausnahme einer Grenzschicht zwischen der Graphitschicht und der hochmetallischen Schicht – gewährleistet, wobei die hochmetallische Schicht zuverlässig auf der Graphitschicht haften soll und eine Belastung der Umwelt bei Durchführung dieses Herstellungsverfahrens gering gehalten werden soll.
- Diese Aufgabe wird für eine metallisch beschichtete Graphitscheibe bzw. einen beschichteten Graphitblock, insbesondere für eine Kohlebürste elektrischer Maschinen, gemäss Anspruch 1 gelöst.
- Nach dem metallischen Beschichten der Graphitscheiben bzw. -blöcke durch Vakuumplasmaspritzen weisen diese besonders dichte metallische Schichten ohne Gaseinschlüsse auf.
- Die beschichteten Graphitscheiben bzw. -blöcke können für die hochmetallische Schicht insbesondere Kupfer und Zinn, auch Legierungen von diesen, aufweisen. Die auf die Graphitscheibe oder den Graphitblock in dieser Weise thermisch aufgespritzte Metallschicht haftet auf dieser besonders fest und ist damit unproblematisch lötfähig.
- Das Plasmaspritzen wird in der Weise durchgeführt, dass zwischen einer stiftförmigen Kathode und einer als Düse geformten Anode ein Lichtbogen gezündet wird, der in die hohle Anode eingeleitetes Plasmagas erhitzt, anregt, dissoziert und ionisiert. Ein pulverförmiges, in dem vorliegenden Anwendungsfall metallisches Spritzmaterial kann dem Plasmastrahl ausserhalb der Anode zugeführt werden oder auch innerhalb der Anode, wobei die Partikel in dem Plasmastrahl erhitzt, geschmolzen und auf das Substrat in Form der Graphitscheibe oder des Graphitblocks beschleunigt werden, auf der bzw. auf dem sie sich schichtbildend niederschlagen. Bei der Schichtbildung entsteht eine für thermisch gespritzte Schichten charakteristische lamellare Struktur.
- Zur verbesserten Haftung der auf die Oberfläche der Graphitscheibe bzw. des Graphitblocks durch Vakuumplasmaspritzen aufgebrachten metallischen Schicht kann diese Oberfläche gemäss Anspruch 2 zuvor durch Sandstrahlen mit Korund aufgerauht sein.
- Die Vorteile der solcherart beschichteten Graphitscheiben bzw. Graphitblöcke dieser Beschichtung bestehen zusammenfassend in dem zuverlässigen festen Haften jeweils der metallischen Schicht an der vorzugsweise aufgerauhten Oberfläche der Graphitscheibe bzw. des Graphitblocks, der guten Materialtrennung zwischen der metallischen Schicht und dem Grundmaterial der Graphitscheibe oder des Graphitblocks und in dem fertigungsgünstigen Herstellungsverfahren auch unter dem Gesichtspunkt der Umweltschonung.
Claims (3)
- Metallisch beschichtete Graphitscheibe bzw. beschichteter Graphitblock, insbesondere für eine Kohlebürste elektrischer Maschinen, deren metallische Schicht im wesentlichen aus Kupfer und/oder Zinn besteht, gekennzeichnet durch eine durch Vakuum-Plasmaspritzen aufgebrachte Schicht.
- Metallisch beschichtete Graphitscheibe bzw. beschichteter Graphitblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Schicht auf eine aufgerauhte Oberfläche der Graphitscheibe bzw. des Graphitblocks aufgespritzt ist.
- Metallisch beschichtete Graphitscheibe bzw. beschichteter Graphitblock nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch, eine lamellare Struktur der metallischen Schicht.
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